CN115141976B - 一种强韧微合金化非调质钢及其生产工艺 - Google Patents

一种强韧微合金化非调质钢及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种强韧微合金化非调质钢及其生产工艺，其组成成分按质量百分数计为：C：0.39～0.46％、Si：0.2～0.45％、Mn：0.65～1.1％、P≤0.020％、S≤0.035％、Cr：0.25～0.4％、V：0.07～0.12％、Nb：0.015～0.04％、Ti：0.015～0.035％、Ni≤0.025％、Mo≤0.015％、Al≤0.035％、B≤0.007％、Cu≤0.15％、Ce≤0.006％，N：95～180ppm、H≤2.0ppm、O≤20ppm；余量为Fe及不可避免杂质，非调质钢的屈服强度为803‑910Mpa，抗拉强度为985‑1150Mpa，延伸率≥19％，断面收缩率≥28％，冲击值≥65/J，生产工艺依次经转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制和控冷工序，通过精炼技术精准控制化学成分和钢水纯净度，减少由枝晶偏析和非金属夹杂引起的带状组织，配合控轧控冷技术有效改善晶粒组织，具有高疲劳性能和强韧性。

Description

一种强韧微合金化非调质钢及其生产工艺
技术领域
本发明属于非调质钢冶炼技术领域，具体涉及一种强韧微合金化非调质钢及其生产工艺。
背景技术
汽车重要金属部件如曲轴、连杆等采用调质钢需进行调质热处理和校直工序，常用42CrMoH、40Cr钢等含合金元素较高，加工性能和热处理工艺性较差，不仅能源耗费较大且易造成零件开裂和早期失效问题。致力于发展非调质钢替代需要淬火、高温回火的调质钢可省去热处理设备和工序、避免淬火引起工件变形。非调质钢的氧化物和硫化物夹杂和碳氮化物析出控制不当，在奥氏体化过程中，随着加热升高，加热与变形工艺不适引起混晶、使原始奥氏体晶粒和组织粗大，影响铁素体的形成，在热轧后的冷却过程中发生相变时铁素体优先在由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中形成带状组织，铁素体+珠光体组织不均匀，造成屈服强度、抗拉强度和疲劳强度下降，特别是形成各向异性、塑性和韧性较低，裂纹尖端不再易用变形的方式缓解应力集中状态，使得裂纹更易扩展，不能满足应用需求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种强韧微合金化非调质钢及其生产工艺，通过精炼技术精准控制化学成分和钢水纯净度，减少由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中形成带状组织，配合控轧控冷技术有效改善晶粒组织，具有高疲劳性能和强韧性，满足应用需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种强韧微合金化非调质钢，其组成成分按质量百分数计为：C：0.39～0.46％、Si：0.2～0.45％、Mn：0.65～1.1％、P≤0.020％、S≤0.035％、Cr：0.25～0.4％、V：0.07～0.12％、Nb：0.015～0.04％、Ti：0.015～0.035％、Ni≤0.025％、Mo≤0.015％、Al≤0.035％、B≤0.007％、Cu≤0.15％、Ce≤0.006％，N：95～180ppm、H≤2.0ppm、O≤20ppm；余量为Fe及不可避免杂质。
进一步地，所述非调质钢的屈服强度为803-910Mpa，抗拉强度为985-1150Mpa，延伸率≥19％，断面收缩率≥28％，冲击值≥65/J。
上述强韧微合金化非调质钢的成分设计原因为：
(1)C：C元素是获得所需强度水平的廉价元素，但C含量过高有降低提高塑性、热性和热处理后的组织的风险，对钢的疲劳性能、切削加工性能等带来不利影响，故C含量设计为0.39～0.46％。
(2)Si：Si作为脱氧剂存在，Si在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形式存在于铁素体中，具有显著的固溶强化铁素体的作用，但Si过高将恶化钢的热加工性，易产生粗大的柱状晶粒导致连铸坯表面以及内部裂纹、降低钢的塑性、韧性和硬度均匀性，因此Si含量设计为0.2～0.45％；
(3)Mn、Mo：Mn除起脱氧剂作用外，还具有显著的固溶强化作用，能降低下相变温度，降低钢的共析碳量，减小铁素体晶粒和珠光体片间距、提高强度，但Mn过高会推迟高温珠光体转变，产生回火脆性和热敏感性，因此Mn含量设计为0.65～1.1％，少量Mo利于细化相变过程中或相变后析出的微合金碳氮化合物，Mo过高会出现脆性相时韧性降低，因此Mo含量设计为≤0.015％，并加入V细化晶粒，减小珠光体片间距、改善力学性能。
(4)Cr：Cr是次要的固溶强化元素，可提高钢的淬透性和耐磨性、改善耐腐蚀性和抗氧化性，提高强度、硬度和屈服点，使组织细化和均匀分布，降低脱碳作用，但Cr过高会降低塑性和韧性，因此Cr含量设计为0.25～0.4％。
(5)V、Ti、Nb、N：复合V、Ti、Nb等强氮化物形成元素能固定钢中的部分碳而导致碳含量电话、影响钢的组织、形态及分布，固溶于钢中的微合金化元素提高过冷奥氏体的稳定性、降低转变温度，改善钢的显微组织、细化晶粒，V可以形成VN，细化奥氏体γ向α相的铁素体、珠光体组织，但V过高VN大量沉淀会使韧性损失，因此V含量设计为0.07～0.12％；TiN的温度越低颗粒尺寸越小易增加弥散分布均匀性，成为液态结晶核细化原始晶粒、阻止再加热晶粒长大，Ti含量设计为：0.015～0.035％；Nb(C，N)的钉扎作用使控轧空冷效果最佳，Nb过高易引起颗粒尺寸粗大影响强度，Nb含量设计为：0.015～0.04％；N含量太低会使V(C，N)中氮贫化降低强化作用，增加N可使细小析出相增多，但N过高易析出粗大的TiN损害切削加工性和疲劳性能，N含量设计为95～180ppm。
(6)Al、Ni：AlN具有强化沉淀和细晶强化作用，但Al过高会恶化钢水的可浇性，AlN在低温过饱和铁素体中形核困难，因此Al含量设计为≤0.035％；Ni能提高钢的强度和韧性，提高淬透性，可阻止高温时晶粒的增长仍可保持细晶粒组织，Ni过高不能提高铁素体的蠕变能力、相反会使珠光体钢热硬性劣化，Ni含量设计为≤0.025％。
(7)B、Cu、Ce：微量B可增大转变区的范围、在轧制缓冷条件下表现较好的强韧性，但B含量过大易粗晶、产生非金属夹杂物，因此B含量设计为≤0.007％；Cu能提高强度和韧性、减少应力腐蚀与介质腐蚀的有害影响，但Cu过高会在热加工时产生热脆、影响塑性，因此Cu含量设计为≤0.15％；Ce能净化钢水和强化晶界、改变钢中硫化锰等残留夹杂物，抑制硫、磷等低熔点夹杂偏析，细小弥散的CeO2或Ce2O3可以作为结晶核心细化铸态晶粒、提高晶界对错位运动阻力而提高强度和韧性，因此Ce含量设计为≤0.006％。
(8)P、S：磷易使晶格歪曲、晶粒长大，引起塑性、冲击韧性显著降低，硫易降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹，磷和硫含量越低越好，因此P含量设计为≤0.020％，S含量设计为≤0.035％。
上述一种强韧微合金化非调质钢的生产工艺，其生产工艺包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：炼钢原料经顶底复吹转炉冶炼得到钢水，采用恒氧压变枪位操作，控制转炉出钢终点C：0.07～0.13％，防止钢水过氧化，有利于夹杂物的去除；控制转炉出钢目标P≤0.008％，目标温度T≥1610℃，控制合适的出钢温度，有效控制钢水回P；出钢前打开底吹氩气，出钢过程中全程吹氩气，底吹氩气流量为150～450NL/min，转炉留钢操作；
每炉钢水90-110t，出钢过程中依次加入90-110kg铝饼、715-820kg硅锰合金(FeMn64Si18)、150-204kg中碳锰铁(FeMn82C1.5)、350-400kg促净剂(CaO53.5％，SiO23.5％，Al2O334.3％，MgO 8.5％)、300-350kg石灰进行脱氧和造渣预精炼；
S2、LF精炼：将经步骤S1的钢水随钢水包经吊装设备吊至LF炉工位，对钢水包内部的钢水进行精炼，采用铝豆、碳化硅扩散脱氧使炉渣变白，白渣时间≥25min，冶炼时间≥45min，精炼渣终渣碱度为4～8；
LF精炼过程保持氩气通畅，LF精炼前期喂入硅氮线增氮，补加0～100kg石灰进行调渣，氩气流量为220～260NL/min，促进脱氧及合金化；
LF精炼中期加中碳铬铁(含C0.5～4％)、铌锰铁合金(FeMn50Nb11)、钛铁合金(FeTi30-B)，均保持氩气中等氩气强度，氩气流量为150～240NL/min，与钢中的碳生成稳定的碳化铌，均匀地分布在钢的晶粒边界，防止高温下钢的晶粒长大，对钢的组织起细化作用，可提高钢的强度、韧性和蠕变性能；
LF精炼后期喂入铈线，线速9-12m/min，将易变形的MnS夹杂转变为高熔点的CeS-MnS、CeS-MnS-TiS复合夹杂，氩气流量为60～110NL/min，弱搅拌镇静，避免钢水翻滚氧化，通过此工艺合金成分得到精准控制，出站前加入5-15kg/炉硅钙线(含Si55-65％)对钢液进行钙处理，通过钙处理使硬质氧化铝夹杂变形为软质夹杂2CaO·3Al2O3·SiO2，LF出站前S含量≤0.002％，温度≥1625℃；
S3、VD真空处理：将经步骤S2的钢水进VD站真空处理，控制最高真空度≤67pa，真空保持时间≥15min，氮气软吹时间≥25min，去除钢水中的H，确保夹杂物充分上浮，真空处理结束后加入钼铁合金(FeMo60-B)、钒氮合金(FeV60)、低碳硼铁合金(FeB18C0.1)进行微合金化处理，减少微合金化过程的元素烧损，软吹过程中底吹氩气流量为15～25NL/min，出站前5min加入1～5kg/炉硅钙线(含Si55-65％)进行轻钙处理，使硫化物变性为纺锤状，控制A、B、C、D类夹杂在1.5级以内，DS类夹杂≤1.0级；
S4、连铸：将经步骤S3的钢水通过连铸机全程保护浇铸防止二次氧化，控制低过热度浇注，过热度在15-30℃之间，采用两段水冷却配合结晶器电磁搅拌、铸流搅拌和末端电磁搅拌，一冷水流量为4050-4200L/min，一冷水快冷增加柱状晶比例使钢坯致密性更好，二冷水一区水流量为27-34L/min，二冷水二区水流量为52-55L/min，结晶器电磁搅拌(M-EMS)电流270-290A、频率为2Hz，铸流搅拌(S-EMS)电流为410-430A、频率为8Hz，末端电磁搅拌(F-EMS)电流为1090-1110A、频率为8Hz，有效控制枝晶产生，避免由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而形成带状组织，有利于中心缩孔及中心裂纹处补充钢水，控制拉速为0.29-0.37m/min，定尺切割得到得到连铸坯，控制连铸坯的中心疏松、一般疏松、中心偏析在1.5级以内；
S5、加热：将步骤S4的连铸圆坯送至加热炉加热，加热炉的加热程序为：预热段温度预热段温度＜880℃，预热段目标845℃，钢坯预热减小钢坯开裂的风险，加热I段时间＞1.2h、加热I段温度920-1050℃，加热I段目标温度995℃，加热II段时间≥1.0h、加热II段温度1120-1220℃，加热II段目标温度1165℃，均热段时间≥2h、均热段温度1200-1240℃，均热段目标温度1210℃，总加热时间≥6.0h，通过两段加热及一段均热，使连铸圆坯内外温度均匀、微合金元素充分固溶，而又符合轧制要求的最佳温度，使得内部不同部位硫化物由于直径不同引起原子扩散碎化成多段，减小硫化物平均尺寸；
S6、轧制：将步骤S5的连铸坯经水压为20-22MP的高压水除磷和开坯机后轧制成中间坯，连铸坯与中间坯的轧制比≥2，经液压剪切头尾，采用BD1粗轧+BD2中轧+CCS精轧连轧得到轧坯，开轧温度880-990℃，出连轧温度765-850℃，通过控制轧制比、开轧温度和出连轧温度通过降低坯料的再加热温度，节省加热能耗、减少烧损，同时避免在变形奥氏体中发生部分再结晶而引起混晶，配合较大的形变速度细化晶粒度、提高钢材的强度和韧性，改善了内部致密性；
S7、控冷：将经步骤S6的轧坯入冷床以≥22℃/s的速度雾冷，冷却速度快使奥氏体晶粒来不及长大、利于细化奥氏体晶粒、增加珠光体的相对量提高强度，在冷床温度＞430℃入坑缓冷，缓冷时间≥30h，缓冷至温度≤220℃出坑，缓冷时间大于24h得到非调质钢，非调质钢依次经取样、精整、探伤后入库，增加先共析铁素体和珠光体的形核率，非调质钢金相组织为铁素体+珠光体，珠光体含量为39-46％，珠光体片层间距≤180nm，晶粒度为9-11级，铁素体和珠光体组织分布趋向均匀化，带状组织≤1.5级，有效改善晶粒组织，提高钢材的强度和韧性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)转炉冶炼控制转炉出钢终点C、P，进行脱氧和造渣预精炼，LF前期喂入硅氮线增氮，补加石灰促进脱氧及合金化，中期加中碳铬铁、铌锰铁合金、钛铁合金对钢的组织起细化作用，后期喂入铈线将易变形的MnS夹杂转变为高熔点的CeS-MnS、CeS-MnS-TiS复合夹杂，通过精炼技术精准控制化学成分和钢水纯净度。
(2)VD真空处理确保夹杂物充分上浮，真空处理结束后加入钼铁合金、钒氮合金和低碳硼铁合金进行微合金化处理，出站前硅钙线处理，使硫化物变性为纺锤状，使硫化物细化和均匀分布、控制碳氮化物析出，控制A、B、C、D类夹杂在1.5级以内，DS类夹杂≤1.0级，连铸采用两段水冷却配合结晶器电磁搅拌、铸流搅拌和末端电磁搅拌控制铸坯成分偏析，减少由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中形成带状组织。
(3)通过两段加热及一段均热，使连铸圆坯内外温度均匀、微合金元素充分固溶，通过控制轧制比、开轧温度和出连轧温度避免在变形奥氏体中发生部分再结晶而引起混晶，改善内部致密性，控轧控冷技术控制晶内铁素体和珠光体片层间距，铁素体和珠光体组织分布去向均匀化，减少带状组织，有效改善晶粒组织，提高非调质钢性能，具有高疲劳性能和强韧性，满足应用需求。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
为本发明所述一种强韧微合金化非调质钢的一种较佳实施方式，所述非调质钢组成成分按质量百分数计为：C：0.43％、Si：0.3％、Mn：0.85％、P：0.015％、S：0.02％、Cr：0.28％、V：0.07～0.12％、Nb：0.03％、Ti：0.02％、Ni：0.02％、Mo：0.01％、Al：0.02％、B：0.004％、Cu：0.08％、Ce：0.005％，N：125ppm、H：1.5ppm、O：12ppm；余量为Fe及不可避免杂质。
上述非调质钢的生产工艺，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：炼钢原料经顶底复吹转炉冶炼得到钢水，采用恒氧压变枪位操作，控制转炉出钢终点C：0.1％；控制转炉出钢目标P≤0.008％，目标温度T≥1610℃；出钢前打开底吹氩气，出钢过程中全程吹氩气，底吹氩气流量为215～420NL/min，转炉留钢操作；
每炉钢水95t，出钢过程中依次加入95kg铝饼、750kg硅锰合金(FeMn64Si18)、165kg中碳锰铁(FeMn82C1.5)、375kg促净剂(CaO53.5％，SiO23.5％，Al2O334.3％，MgO8.5％)、320kg石灰进行脱氧和造渣预精炼；
S2、LF精炼：将经步骤S1的钢水随钢水包经吊装设备吊至LF炉工位，对钢水包内部的钢水进行精炼，采用铝豆、碳化硅扩散脱氧使炉渣变白，白渣时间≥25min，冶炼时间≥45min，精炼渣终渣碱度为4～6；
LF精炼过程保持氩气通畅，LF精炼前期喂入硅氮线增氮，补加20kg石灰进行调渣，氩气流量为225～240NL/min，促进脱氧及合金化；
LF精炼中期加中碳铬铁(含C0.5～4％)、铌锰铁合金(FeMn50Nb11)、钛铁合金(FeTi30-B)，均保持氩气中等氩气强度，氩气流量为180～230NL/min；
LF精炼后期喂入铈线，线速10m/min，氩气流量为70～100NL/min，出站前加入8kg/炉硅钙线(含Si55-65％)对钢液进行钙处理，LF出站前S含量≤0.002％，温度≥1625℃；
S3、VD真空处理：将经步骤S2的钢水进VD站真空处理，控制最高真空度≤67pa，真空保持时间≥15min，氮气软吹时间≥25min，真空处理结束后加入钼铁合金(FeMo60-B)、钒氮合金(FeV60)、低碳硼铁合金(FeB18C0.1)进行微合金化处理，软吹过程中底吹氩气流量为15～20NL/min，出站前5min加入2.5kg/炉硅钙线(含Si55-65％)进行轻钙处理；
S4、连铸：将经步骤S3的钢水通过连铸机全程保护浇铸防止二次氧化，控制过热度在15-30℃之间，采用两段水冷却配合结晶器电磁搅拌、铸流搅拌和末端电磁搅拌，一冷水流量为4100L/min，二冷水一区水流量为32L/min，二冷水二区水流量为53L/min，结晶器电磁搅拌(M-EMS)电流280A、频率为2Hz，铸流搅拌(S-EMS)电流为420A、频率为8Hz，末端电磁搅拌(F-EMS)电流为1000A、频率为8Hz，控制拉速为0.32m/min，定尺切割得到得到连铸坯；
S5、加热：将步骤S4的连铸圆坯送至加热炉加热，加热炉的加热程序为：预热段温度预热段温度＜880℃，预热段目标845℃，加热I段时间＞1.2h、加热I段温度920-1000℃，加热I段目标温度995℃，加热II段时间≥1.0h、加热II段温度1100-1180℃，加热II段目标温度1165℃，均热段时间≥2h、均热段温度1200-1240℃，均热段目标温度1210℃，总加热时间≥6.0h；
S6、轧制：将步骤S5的连铸坯经水压为21MP的高压水除磷和开坯机后轧制成中间坯，连铸坯与中间坯的轧制比≥2，经液压剪切头尾，采用BD1粗轧+BD2中轧+CCS精轧连轧得到轧坯，开轧温度900-960℃，出连轧温度780-830℃；
S7、控冷：将经步骤S6的轧坯入冷床以≥22℃/s的速度雾冷，在冷床温度＞430℃入坑缓冷，缓冷时间≥30h，缓冷至温度≤220℃出坑，缓冷时间大于24h得到非调质钢，非调质钢依次经取样、精整、探伤后入库。
实施例2：
为本发明所述一种强韧微合金化非调质钢的一种较佳实施方式，所述非调质钢组成成分按质量百分数计为：C：0.39％、Si：0.4％、Mn：0.75％、P：0.015％、S：0.02％、Cr：0.35％、V：0.09％、Nb：0.02％、Ti：0.03％、Ni：0.015％、Mo：0.015％、Al：0.025％、B：0.006％、Cu：0.12％、Ce：0.005％，N：125ppm、H：1ppm、O：10ppm；余量为Fe及不可避免杂质。
上述非调质钢的生产工艺，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：炼钢原料经顶底复吹转炉冶炼得到钢水，采用恒氧压变枪位操作，控制转炉出钢终点C：0.11％；控制转炉出钢目标P≤0.008％，目标温度T≥1610℃；出钢前打开底吹氩气，出钢过程中全程吹氩气，底吹氩气流量为150～250NL/min，转炉留钢操作；
每炉钢水102t，出钢过程中依次加入98kg铝饼、814kg硅锰合金(FeMn64Si18)、178kg中碳锰铁(FeMn82C1.5)、370kg促净剂(CaO53.5％，SiO23.5％，Al2O334.3％，MgO8.5％)、320kg石灰进行脱氧和造渣预精炼；
S2、LF精炼：将经步骤S1的钢水随钢水包经吊装设备吊至LF炉工位，对钢水包内部的钢水进行精炼，采用铝豆、碳化硅扩散脱氧使炉渣变白，白渣时间≥25min，冶炼时间≥45min，精炼渣终渣碱度为5～8；
LF精炼过程保持氩气通畅，LF精炼前期喂入硅氮线增氮，补加15kg石灰进行调渣，氩气流量为240～260NL/min，促进脱氧及合金化；
LF精炼中期加中碳铬铁(含C0.5～4％)、铌锰铁合金(FeMn50Nb11)、钛铁合金(FeTi30-B)，均保持氩气中等氩气强度，氩气流量为150～240NL/min；
LF精炼后期喂入铈线，线速10m/min，氩气流量为75～110NL/min，出站前加入14kg/炉硅钙线(含Si55-65％)对钢液进行钙处理，LF出站前S含量≤0.002％，温度≥1625℃；
S3、VD真空处理：将经步骤S2的钢水进VD站真空处理，控制最高真空度≤67pa，真空保持时间≥15min，氮气软吹时间≥25min，真空处理结束后加入钼铁合金(FeMo60-B)、钒氮合金(FeV60)、低碳硼铁合金(FeB18C0.1)进行微合金化处理，软吹过程中底吹氩气流量为15～22NL/min，出站前5min加入3kg/炉硅钙线(含Si55-65％)进行轻钙处理；
S4、连铸：将经步骤S3的钢水通过连铸机全程保护浇铸防止二次氧化，控制过热度在15-30℃之间，采用两段水冷却配合结晶器电磁搅拌、铸流搅拌和末端电磁搅拌，一冷水流量为4150L/min，二冷水一区水流量为28L/min，二冷水二区水流量为52L/min，结晶器电磁搅拌(M-EMS)电流270A、频率为2Hz，铸流搅拌(S-EMS)电流为430A、频率为8Hz，末端电磁搅拌(F-EMS)电流为1090A、频率为8Hz，控制拉速为0.35m/min，定尺切割得到得到连铸坯；
S5、加热：将步骤S4的连铸圆坯送至加热炉加热，加热炉的加热程序为：预热段温度预热段温度＜880℃，预热段目标845℃，加热I段时间＞1.2h、加热I段温度970-1050℃，加热I段目标温度995℃，加热II段时间≥1.0h、加热II段温度1120-1190℃，加热II段目标温度1165℃，均热段时间≥2h、均热段温度1200-1230℃，均热段目标温度1210℃，总加热时间≥6.0h；
S6、轧制：将步骤S5的连铸坯经水压为22MP的高压水除磷和开坯机后轧制成中间坯，连铸坯与中间坯的轧制比≥2，经液压剪切头尾，采用BD1粗轧+BD2中轧+CCS精轧连轧得到轧坯，开轧温度880-960℃，出连轧温度780-830℃；
S7、控冷：将经步骤S6的轧坯入冷床以≥22℃/s的速度雾冷，在冷床温度＞430℃入坑缓冷，缓冷时间≥30h，缓冷至温度≤220℃出坑，缓冷时间大于24h得到非调质钢，非调质钢依次经取样、精整、探伤后入库。
实施例3：
为本发明所述一种强韧微合金化非调质钢的一种较佳实施方式，所述非调质钢组成成分按质量百分数计为：C：0.45％、Si：0.28％、Mn：0.95％、P：0.015％、S：0.015％、Cr：0.29％、V：0.11％、Nb：0.035％、Ti：0.025％、Ni：0.015％、Mo：0.01％、Al：0.025％、B：0.004％、Cu：0.09％、Ce：0.02％，N：145ppm、H：1ppm、O：18ppm；余量为Fe及不可避免杂质。
上述非调质钢的生产工艺，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：炼钢原料经顶底复吹转炉冶炼得到钢水，采用恒氧压变枪位操作，控制转炉出钢终点C：0.08％；控制转炉出钢目标P≤0.008％，目标温度T≥1610℃；出钢前打开底吹氩气，出钢过程中全程吹氩气，底吹氩气流量为320～450NL/min，转炉留钢操作；
每炉钢水108t，出钢过程中依次加入96kg铝饼、810kg硅锰合金(FeMn64Si18)、185kg中碳锰铁(FeMn82C1.5)、375kg促净剂(CaO53.5％，SiO23.5％，Al2O334.3％，MgO8.5％)、338kg石灰进行脱氧和造渣预精炼；
S2、LF精炼：将经步骤S1的钢水随钢水包经吊装设备吊至LF炉工位，对钢水包内部的钢水进行精炼，采用铝豆、碳化硅扩散脱氧使炉渣变白，白渣时间≥25min，冶炼时间≥45min，精炼渣终渣碱度为4～8；
LF精炼过程保持氩气通畅，LF精炼前期喂入硅氮线增氮，补加65kg石灰进行调渣，氩气流量为245NL/min，促进脱氧及合金化；
LF精炼中期加中碳铬铁(含C0.5～4％)、铌锰铁合金(FeMn50Nb11)、钛铁合金(FeTi30-B)，均保持氩气中等氩气强度，氩气流量为225NL/min；
LF精炼后期喂入铈线，线速11m/min，氩气流量为85～110NL/min，出站前加入14kg/炉硅钙线(含Si55-65％)对钢液进行钙处理，LF出站前S含量≤0.002％，温度≥1625℃；
S3、VD真空处理：将经步骤S2的钢水进VD站真空处理，控制最高真空度≤67pa，真空保持时间≥15min，氮气软吹时间≥25min，真空处理结束后加入钼铁合金(FeMo60-B)、钒氮合金(FeV60)、低碳硼铁合金(FeB18C0.1)进行微合金化处理，软吹过程中底吹氩气流量为15～20NL/min，出站前5min加入2kg/炉硅钙线(含Si55-65％)进行轻钙处理；
S4、连铸：将经步骤S3的钢水通过连铸机全程保护浇铸防止二次氧化，控制过热度在15-30℃之间，采用两段水冷却配合结晶器电磁搅拌、铸流搅拌和末端电磁搅拌，一冷水流量为4200L/min，一冷水快冷增加柱状晶比例使钢坯致密性更好，二冷水一区水流量为33L/min，二冷水二区水流量为55L/min，结晶器电磁搅拌(M-EMS)电流290A、频率为2Hz，铸流搅拌(S-EMS)电流为410A、频率为8Hz，末端电磁搅拌(F-EMS)电流为1100A、频率为8Hz，控制拉速为0.3m/min，定尺切割得到得到连铸坯；
S5、加热：将步骤S4的连铸圆坯送至加热炉加热，加热炉的加热程序为：预热段温度预热段温度＜880℃，预热段目标845℃，加热I段时间＞1.2h、加热I段温度920-1000℃，加热I段目标温度995℃，加热II段时间≥1.0h、加热II段温度1120-1180℃，加热II段目标温度1165℃，均热段时间≥2h、均热段温度1205-1240℃，均热段目标温度1210℃，总加热时间≥6.0h；
S6、轧制：将步骤S5的连铸坯经水压为21MP的高压水除磷和开坯机后轧制成中间坯，连铸坯与中间坯的轧制比≥2，经液压剪切头尾，采用BD1粗轧+BD2中轧+CCS精轧连轧得到轧坯，开轧温度910-990℃，出连轧温度800-850℃；
S7、控冷：将经步骤S6的轧坯入冷床以≥22℃/s的速度雾冷，在冷床温度＞430℃入坑缓冷，缓冷时间≥30h，缓冷至温度≤220℃出坑，缓冷时间大于24h得到非调质钢，非调质钢依次经取样、精整、探伤后入库。
实施例4：
为本发明所述一种强韧微合金化非调质钢的一种较佳实施方式，所述非调质钢组成成分按质量百分数计为：C：0.46％、Si：0.43％、Mn：1.1％、P：0.015％、S：0.02％、Cr：0.37％、V：0.11％、Nb：0.028％、Ti：0.02％、Ni：0.02％、Mo：0.012％、Al：0.025％、B：0.003％、Cu：0.06％、Ce：0.003％，N：175ppm、H：1.5ppm、O：13ppm；余量为Fe及不可避免杂质。
上述非调质钢的生产工艺，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：炼钢原料经顶底复吹转炉冶炼得到钢水，采用恒氧压变枪位操作，控制转炉出钢终点C：0.075％；控制转炉出钢目标P≤0.008％，目标温度T≥1610℃；出钢前打开底吹氩气，出钢过程中全程吹氩气，底吹氩气流量为230～440NL/min，转炉留钢操作；
每炉钢水101t，出钢过程中依次加入109kg铝饼、720kg硅锰合金(FeMn64Si18)、164kg中碳锰铁(FeMn82C1.5)、387kg促净剂(CaO53.5％，SiO23.5％，Al2O334.3％，MgO8.5％)、322kg石灰进行脱氧和造渣预精炼；
S2、LF精炼：将经步骤S1的钢水随钢水包经吊装设备吊至LF炉工位，对钢水包内部的钢水进行精炼，采用铝豆、碳化硅扩散脱氧使炉渣变白，白渣时间≥25min，冶炼时间≥45min，精炼渣终渣碱度为5～8；
LF精炼过程保持氩气通畅，LF精炼前期喂入硅氮线增氮，补加2kg石灰进行调渣，氩气流量为220～245NL/min，促进脱氧及合金化；
LF精炼中期加中碳铬铁(含C0.5～4％)、铌锰铁合金(FeMn50Nb11)、钛铁合金(FeTi30-B)，均保持氩气中等氩气强度，氩气流量为180～240NL/min；
LF精炼后期喂入铈线，线速10.5m/min，氩气流量为60～95NL/min，出站前加入7kg/炉硅钙线(含Si55-65％)对钢液进行钙处理，LF出站前S含量≤0.002％，温度≥1625℃；
S3、VD真空处理：将经步骤S2的钢水进VD站真空处理，控制最高真空度≤67pa，真空保持时间≥15min，氮气软吹时间≥25min，真空处理结束后加入钼铁合金(FeMo60-B)、钒氮合金(FeV60)、低碳硼铁合金(FeB18C0.1)进行微合金化处理，软吹过程中底吹氩气流量为15～23NL/min，出站前5min加入4kg/炉硅钙线(含Si55-65％)进行轻钙处理；
S4、连铸：将经步骤S3的钢水通过连铸机全程保护浇铸防止二次氧化，控制过热度在15-30℃之间，采用两段水冷却配合结晶器电磁搅拌、铸流搅拌和末端电磁搅拌，一冷水流量为4100L/min，一冷水快冷增加柱状晶比例使钢坯致密性更好，二冷水一区水流量为32L/min，二冷水二区水流量为53L/min，结晶器电磁搅拌(M-EMS)电流280A、频率为2Hz，铸流搅拌(S-EMS)电流为420A、频率为8Hz，末端电磁搅拌(F-EMS)电流为1100A、频率为8Hz，控制拉速为0.35m/min，定尺切割得到得到连铸坯；
S5、加热：将步骤S4的连铸圆坯送至加热炉加热，加热炉的加热程序为：预热段温度预热段温度＜880℃，预热段目标845℃，加热I段时间＞1.2h、加热I段温度920-1000℃，加热I段目标温度995℃，加热II段时间≥1.0h、加热II段温度1120-1180℃，加热II段目标温度1165℃，均热段时间≥2h、均热段温度1200-1220℃，均热段目标温度1210℃，总加热时间≥6.0h；
S6、轧制：将步骤S5的连铸坯经水压为21MP的高压水除磷和开坯机后轧制成中间坯，连铸坯与中间坯的轧制比≥2，经液压剪切头尾，采用BD1粗轧+BD2中轧+CCS精轧连轧得到轧坯，开轧温度930-980℃，出连轧温度780-840℃；
S7、控冷：将经步骤S6的轧坯入冷床以≥22℃/s的速度雾冷，在冷床温度＞430℃入坑缓冷，缓冷时间≥30h，缓冷至温度≤220℃出坑，缓冷时间大于24h得到非调质钢，非调质钢依次经取样、精整、探伤后入库。
对比例：一种非调质钢，其组成成分按质量百分数计为：C：0.37％、Si：0.7％、Mn：0.95％、P：0.02％、S：0.03％、Cr：0.15％、V：0.3％、Ti：0.006％、Ni：0.12％、Mo：0.02％、Al：0.009％、N：200ppm、H:1.5ppm、O：18ppm；余量为Fe及不可避免杂质。
将实施例1-4和对比例的钢按照GB228标准进行金属拉伸试验，按照GB229标准进行金属夏比(U型缺口)冲击试验，按照GB231标准进行金属布氏硬度试验，其结果如下表1所示：
由上表可知，本发明屈服强度为803-910Mpa，抗拉强度为985-1150Mpa，延伸率≥19％，断面收缩率≥28％，冲击值≥65/J，非调质钢金相组织为铁素体+珠光体，珠光体含量为42-53％，珠光体片层间距≤180nm，晶粒度为9-11级，铁素体和珠光体组织分布趋向均匀化，带状组织≤1.5级，有效改善晶粒组织，提高钢材的强度和韧性满足应用需求。
将实施例1-4和对比例的钢按照GB/T10561标准进行钢中非金属夹杂物含量的测定与标准评级图显微检测，其结果如下表2：
由上表可知，本发明可稳定地控制A、B、C、D类夹杂在1.5级以内，DS类夹杂≤1.0级，避免非金属夹杂物降低钢的机械性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳极限，避免钢在热加工与热处理时产生裂纹或使用时突然脆断。
将实施例1-4和对比例的钢按照GB226标准进行钢的低倍组织及缺陷酸腐蚀试验，其结果如下表3：
由上表可知，本发明中心疏松、一般疏松、中心偏析在1.5级以内，避免加工过程中发生断裂和强度、韧性等指标波动范围大，利于提高了钢的内部致密性和力学性能。
本发明转炉冶炼控制转炉出钢终点C、P和温度，采用铝饼、硅锰合金、中碳锰铁、促净剂和石灰进行脱氧和造渣预精炼，通过铝豆、碳化硅扩散脱氧，精炼渣终渣碱度为4～8，LF前期喂入硅氮线增氮，补加石灰促进脱氧及合金化，中期加中碳铬铁、铌锰铁合金、钛铁合金对钢的组织起细化作用，后期喂入铈线将易变形的MnS夹杂转变为高熔点的CeS-MnS、CeS-MnS-TiS复合夹杂，通过精炼技术精准控制化学成分和钢水纯净度；VD真空处理确保夹杂物充分上浮，真空处理结束后加入钼铁合金、钒氮合金和低碳硼铁合金进行微合金化处理，出站前硅钙线处理，使硫化物变性为纺锤状，控制A、B、C、D类夹杂在1.5级以内，DS类夹杂≤1.0级，使硫化物细化和均匀分布、控制碳氮化物析出；连铸采用两段水冷却配合结晶器电磁搅拌、铸流搅拌和末端电磁搅拌控制铸坯成分偏析；通过两段加热及一段均热，使连铸圆坯内外温度均匀、微合金元素充分固溶，通过控制轧制比、开轧温度和出连轧温度避免在变形奥氏体中发生部分再结晶而引起混晶，改善内部致密性，控轧控冷技术控制晶内铁素体和珠光体片层间距，铁素体和珠光体组织分布去向均匀化，减少带状组织，有效改善晶粒组织，综上提高非调质钢性能，具有高疲劳性能和强韧性，满足应用需求。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种强韧微合金化非调质钢，其特征在于，其组成成分按质量百分数计为：C：0.39～0.46％、Si：0.2～0.45％、Mn：0.65～1.1％、P≤0.020％、S≤0.035％、Cr：0.15～0.25％、V：0.07～0.12％、Nb：0.015～0.04％、Ti：0.015～0.035％、Ni≤0.025％、Mo≤0.015％、Al≤0.035％、B≤0.007%、Cu≤0.15％、Ce≤0.006%，N：95～180ppm、H≤2.0ppm、O≤20ppm；余量为Fe及不可避免杂质；所述非调质钢的屈服强度为803-910MPa，抗拉强度为985-1150MPa，延伸率≥19%，断面收缩率≥28％，冲击功≥65Aku2/J；
其生产工艺包括将炼钢原料依次经转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸工序得到连铸坯，连铸坯经加热、轧制和控冷工序得到非调质钢，所述加热工序采用两段加热及一段均热，所述轧制工序连铸坯经开坯机后轧制成中间坯，连铸坯与中间坯的轧制比≥2，开轧温度880-990℃，出连轧温度765-850℃，所述非调质钢的金相组织为铁素体+珠光体，珠光体含量为39-46%，珠光体片层间距≤180nm，晶粒度为9-11级，带状组织≤1.5级；
所述LF精炼工序中LF精炼前期喂入硅氮线增氮，补加2～100 kg石灰进行调渣，氩气流量为220～260 NL/min；LF精炼中期加中碳铬铁、铌锰铁合金、钛铁合金，氩气流量为150～240 NL/min；LF精炼后期喂入铈线，线速9-12m/min，氩气流量为60～110 NL/min，出站前加入5-15kg/炉硅钙线，LF出站前S含量≤0.002%，温度≥1625℃；
所述VD真空处理控制最高真空度≤67Pa，真空保持时间≥15min，氮气软吹时间≥25min，真空处理结束后加入钼铁合金、钒氮合金、低碳硼铁合金进行微合金化处理，氩气流量为15～25 NL/min，出站前5min加入1～5kg/炉硅钙线进行轻钙处理，控制A、B、C、D类夹杂在1.5级以内，DS类夹杂≤1.0级；
所述控冷工序轧坯入冷床以≥22℃/s的速度雾冷，在冷床温度＞430℃入坑缓冷，缓冷时间≥30h，缓冷至温度≤220℃出坑，缓冷时间大于24h。
2.根据权利要求1所述的一种强韧微合金化非调质钢，其特征在于，所述转炉冶炼工序采用顶底复吹，控制转炉出钢终点C：0.07～0.13%，转炉出钢目标P≤0.008%，目标温度T≥1610℃，出钢过程中全程吹氩气，底吹氩气流量为150～450 NL/min，所述转炉冶炼工序每炉钢水90-110t，出钢过程中依次加入90-110kg铝饼、715-820kg硅锰合金、150-204kg中碳锰铁、350-400kg促净剂和300-350kg石灰。
3.根据权利要求1所述的一种强韧微合金化非调质钢，其特征在于，所述LF精炼工序采用铝豆、碳化硅扩散脱氧使炉渣变白，白渣时间≥25min，冶炼时间≥45min，精炼渣终渣碱度为4～8，LF精炼过程保持氩气通畅。
4.根据权利要求1所述的一种强韧微合金化非调质钢，其特征在于，所述连铸工序过热度在15-30℃之间，采用两段水冷却配合结晶器电磁搅拌、铸流搅拌和末端电磁搅拌，一冷水流量为4050-4200L/min，二冷水一区水流量为27-34L/min，二冷水二区水流量为52-55L/min，结晶器电磁搅拌电流270-290A、频率为2Hz，铸流搅拌电流为410-430A、频率为8Hz，末端电磁搅拌电流为1090-1110A、频率为8Hz，控制拉速为0.29-0.37m/min，连铸坯的中心疏松、一般疏松、中心偏析在1.5级以内。
5.根据权利要求1所述的一种强韧微合金化非调质钢，其特征在于，所述加热工序预热段温度＜880℃，预热段目标845℃，加热I段时间＞1.2h、加热I段温度920-1050℃，加热I段目标温度995℃，加热II段时间≥1.0h、加热II段温度1120-1220℃，加热II段目标温度1165℃，均热段时间≥2h、均热段温度1200-1240℃，均热段目标温度1210℃，总加热时间≥6.0h。
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